Автофокус — устройство, наводящее оптическую систему объектива на резкость изображения в фокальной плоскости. Для обозначения автофокуса обычно используется аббревиатура АF.

Автофокусировка объектива проводится за несколько шагов:

    * измерение параметра (А), чувствительного к резкости изображения в фокальной плоскости и его вектора (\AA);
    * генерация сигнала рассогласования системы автоматического регулирования автофокусировки;
    * наведение оптической системы на резкость изображения в фокальной плоскости.

Обычно эти процессы происходят одновременно. Наведение оптической системы на резкость выполняется электро- или ультразвуковым двигателем.

Параметр (А), чувствительный к резкости изображения в фокальной плоскости, зависит от расстояния (r) до объекта съёмки; максимального контраста (к); фазового сдвига (f) составляющих выбранного луча после его расщеплении микропризмой на 2; времени задержки (t) прихода отраженного луча и т. д.

Измерение вектора (\AA) необходимо для выбора направления изменения сигнала рассогласования. Время, затраченное на измерение вектора(Â), и время отработки сигнала рассогласования механикой объектива определяют быстродействие системы автофокусировки.

[править] Виды систем автофокуса

Работа системы автофокуса по измерению параметра(А), чувствительного к резкости изображения в фокальной плоскости может основываться на различных принципах:

    * активные; в настоящее время применяются редко
          o ультразвуковой (некоторые камеры Polaroid)
          o инфракрасный (некоторые компактные камеры, старые видеокамеры)
    * пассивные
          o фазовый (зеркальные фотоаппараты)
          o контрастный (видеокамеры, незеркальные цифровые фотоаппараты)

[править] Ультразвуковая и инфракрасные системы

Ультразвуковая и инфракрасные системы являются активными, так как они рассчитывают расстояние по времени возвращения от объекта съемки фронтов, излученных фотоаппаратом инфракрасных (ультразвуковых) волн.

Если между объектом съемки и камерой есть прозрачное препятствие, например стекло, то активные системы проводят автофокусировку объектива на это препятствие, а не на объект съемки.

Фазовый автофокус

Фазовый автофокус применяется в современных зеркальных плёночных и цифровых фотоаппаратах. Основным элементом его являются специальные датчики, число которых может измеряться несколькими десятками. Датчики получают фрагменты светового потока от разных точек кадра с помощью специальных зеркал. Внутри датчика свет разделяется на две части, каждая из которых попадает на свой светочувствительный сенсор. В случае точной наводки на резкость два световых потока будут находиться друг от друга на определённом расстоянии, заданном конструкцией датчика. В противном случае, это расстояние будет больше или меньше. Датчик, измерив это расстояние, выдаёт на выходе сигнал, показывающий, в какую сторону и насколько надо сдвинуть линзы объектива, чтобы выполнить наводку на резкость.

Быстродействие такой системы очень высокое и определяется, в основном, быстродействием механики объектива.

Контрастный автофокус

Контрастный автофокус применяется в цифровых незеркальных фотоаппаратах. Принцип его работы основан на том, что микропроцессор фотоаппарата постоянно считывает изображение с матрицы, анализирует степень его контрастности и принимает решение о перемещении объектива.

Такой автофокус обладает довольно низким быстродействием, так как в каждый момент времени процессор не обладает данными о степени наводки объектива на резкость — изображение считается «размытым». Поэтому процессор каждый раз командует немного подвинуть объектив и проверяет наличие изменения контраста в сторону увеличения. Если контраст не изменяется, то процессор меняет знак команды на исполнительные двигатели и оптика сдвигается в другую сторону. До тех пор, пока процессор не вычислил максимум (минимум) контраста и не перешел его, двигателю дается команда перемещать объектив еще раз. Когда экстремум достигнут, то шаг назад будет сигналом процессора «есть резкий кадр» и автофокусировка прекращается.

Задержка между нажатием на спуск и собственно съёмкой кадра, характерная для большинства цифровых фотоаппаратов объясняется «медленной» работой пассивного контрастного автофокуса и тем, что в незеркальных фотоаппаратах процессор вынужден считывать с матрицы весь кадр, чтобы проанализировать на степень контрастности лишь некоторые его участки. Поэтому фотограф нажимает кнопку «спуск затвора» вначале до половины, а затем полностью.

Режимы работы автофокуса

В современных фотокамерах применяются интеллектуальные алгоритмы работы систем автофокуса, в основном предназначенные для фотографирования движущихся объектов. Проблема съёмки таких объектов заключается в том, что с момента наведения на резкость, между нажатием на кнопку спуска и до момента съёмки кадра проходит некоторое время. За это время объект может уйти из плоскости наводки на резкость. Для решения этой проблемы для систем автофокуса придуманы следующие режимы:

    * Следящий — в этом режиме система непрерывно отслеживает положение объекта и держит его в фокусе, перемещая линзы в объективе. При длительном применении режима «Следящий» аккумулятор фотоаппарата разряжается быстрее.
    * Упреждающий — в этом режиме система автофокуса определяет скорость движения объекта, рассчитывает его положение в момент съёмки и заранее перемещает линзы в объективе так, чтобы тот получился в фокусе. Этот режим поддерживается многими современными пленочными и цифровыми зеркальными камерами, однако у разных производителей он называется по разному: у Canon — AI Servo, у Nikon — Continuous servo AF.

В незеркальных (и многих зеркальных) фотоаппаратах для съёмки движущихся объектов применяется блокировка автофокуса. Фотограф наводит аппарат на нужный объект или, если это невозможно, на точку, находящуюся на таком же расстоянии как и объект, и нажимает на специальную кнопку. Объектив фокусируется, и при нажатии на кнопку спуска аппарат делает снимок мгновенно, не задействуя автофокус повторно.

[править] Условия работы автофокуса

Современные системы автофокуса обладают характеристиками, позволяющими в большинстве случаев заменить ручную наводку. Однако, как для любой сложной системы, им требуются определённые условия для работы и умение их применять.

Чувствительность параметра А к резкости изображения в фокальной плоскости резко уменьшается при малой освещённости и низкой контрастности объекта съёмки, именно поэтому пассивные системы автофокуса плохо работают в темноте и фотоаппарат «зацикливается» при попытках навестись на однородный объект, например гладкую стену.

Достаточная яркость объекта съёмки и наличие на нём контрастных элементов — главное условие работы автофокуса пассивных (фазовой и контрастной) систем.

Проблему недостаточной яркости объекта в темноте призваны решать системы подсветки автофокуса. Для этой цели в фотоаппарате (или в корпусе продвинутых внешних фотовспышек) размещается специальная лампа, которая вспыхивает при нажатии на кнопку «спуск затвора» наполовину, то есть в начале работы системы автофокуса. В некоторых камерах для этой цели используются встроенная фотовспышка в специальном «стробоскопическом» режиме (Pentax *ist Ds).

Для наиболее надёжного принятия решения система подсветки автофокуса рисует на объекте контрастную «сетку». Таково устройство подсветки, например, на фотоаппаратах Pentax Z1p и Sony DSC F828.

[править] Механическая часть системы автофокуса

Для настройки на резкость система автофокуса должна менять расстояние от объектива до светочувствительной поверхности (матрицы или плёнки). Изменение расстояния может произодиться путём передвижения линзы либо светочувствительной поверхности. Оно может осуществляться разными способами.

Ультразвуковой мотор

Ультразвуковой пьезоэлектрический мотор, применяемый в современных объективах, имеет выше КПД и скорость, менее шумен. Его применение заметно сокращает задержку автофокуса. Компания Canon называет ультразвуковые моторы USM (Ultra Sonic Motor), Nikon указывает маркировку SWM (Silent Wave Motor), Pentax — SDM (Super Direct-drive Motor), Sony/Minolta — SSM (Super Sonic Motor), а Sigma — HSM (Hyper Sonic Motor). На выставке PMA 2007 Olympus анонсировал несколько объективов с новым ультразвуковым мотором SWD (Supersonic Wave Drive).





Возникает закономерный вопрос, для чего надо так много точек фокусировки?

Во-первых, это незаменимо в случае съемки движущихся мишеней, например, птиц. Птица двигается непредсказуемо, руки у фотографа дрожат. Вполне может случиться, что изображение птицы покинет выбранную точку фокусировки. В этом случае камера может использовать информацию из соседних точек фокусировки и даже, в одном из режимов работы, передвигать эту точку прямо по видоискателю вслед за мишенью.

Во-вторых, это полезно даже при съемке неподвижных мишеней. Многие фотографы используют следующий метод фокусировки камеры: навел активную точку фокусировки, скажем, на глаза объекта, утопил кнопку спуска до половины и тем самым зафиксировал фокус камеры, перекадрировал снимок, дожал кнопку спуска до конца. Почему это не всегда хорошо?

Начнем с того, что такой способ фокусировки не очень точен, что будет проявляться при съемке длизко расположенных объектов светосильными объективами на малой диафрагме (малая глубина резкости). У многих современных объективов в фокусе находятся не объекты, расположенные на одинаковом расстоянии от объектива (т.е. на шаровой поверхности), а расположенные в плоскости, перпендикулярной оптической оси объектива и проходящей через точку, по которой Вы сфокусировались. Например, если Вы направите объектив так, чтобы ось его была перпендикулярно кирпичной стенке, находящейся на расстонии, скажем 2.5 метра от камеры, то в идеальном случае в фокусе окажутся все кирпичи стенки, не смотря на то, что они находятся на разном от камеры расстоянии.

Вы уже поняли о чем идет речь? Если сфокусироваться по верхней части стенки центральной точкой фокусировки вашей камеры (расстояние от камеры до верха стенки, скажем 3 метра), а потом перекадрировать снимок так, чтобы центральная точка фокусировки камеры смотрела в центр стенки (расстояние до которого равно 2.5 метра), то мы можем получить классическую ситуацию “back-focus”, когда ни один из кирпичей стенки (даже тот, по которому мы фокусировались) не будет резким.

Метод сфокусировался-перекадрировал-снял предполагает, что в фокусе находятся точки на одинаковом удалении от камеры. На самом же деле, это предположение неправильное. Разница в большинстве случаев окажется очень небольшой и перекроется глубиной резкости. Однако, например, если Вы снимаете объективом с фокусным расстоянием 85mm при диафрагме 2.8 на расстоянии 1.5м от объекта, глубина резкости составляет всего 3см. А что говорить про съемку макро, где глубина резкости исчисляется миллиметрами?

При перекадрировании можно также нечаянно чуть покачнуться вперед или назад, что также внесет свои поправки.

Но, допустим, вы используете диафрагму 5.6 или 8. Является ли метод сфокусировался-перекадрировал-снял наилучшим в такой ситуации? Ответ на этот вопрос снова “нет”. Дело на этот раз в экспозамере камеры.

Какой из методов экспозамера D300 Вы бы не использовали: центрально взвешенный или даже матричный, автоматика камеры всегда отдает некоторый приоритет зоне вблизи точки фокусировки (а в случае точечного замера именно по этой выбранной точке и производится экспозамер). При перекодрировании точка, по которой Вы фокусировали может уже смотреть не на Вашу модель, а на темный или светлый фон за ней. Произойдет ошибка экспозамера.

Существует установка в меню камеры, когда будущая экспозиция фиксируется в момент фокусировки, а не в момент съемки (одновременная блокировка автофокуса и экспозиции). Однако и это не спасет, если в данный момент используется матричный экспозамер. Ведь границы кадра после фокусировки и одновременного с ней экспозамера в результате перекадровки изменились ! В кадр могли попасть (или из кадра уйти) области с ярким светом, или наоборот очень темные области. Все это изменит оптимальную экспозицию.





В любительских цифровых фотоаппаратах применяется автоматическая фокусировка двух типов - активная и пассивная. При этом способов реализации автофокуса достаточно много.

Активная фокусировка может быть инфракрасной (на камере установлен излучающий инфракрасный светодиод и приемник, реагирующий на отраженный луч света) или ультразвуковой (используются излучатель ультразвука и микрофон). Ультразвуковой фокусировочный локатор в массовых моделях цифровых фотоаппаратов не применяется, но инфракрасный иногда встречается. Зато в пленочных компактных фотоаппаратах (недорогих «мыльницах») активный инфракрасный автофокус обычное дело.

Работает активный автофокус с инфракрасным локатором подобно оптическому дальномеру. Вспомним конструкцию оптического дальномера, которым снабжаются пленочные камеры Leica и их многочисленные в прошлом аналоги (включая отечественные «Зоркие» и «ФЭДы»). Оптический дальномер состоит из пары разнесенных на некоторое расстояние (оно называется базой дальномера) объективов, отклоняющей системы зеркал и окуляра. Основной объектив дальномера расположен на одной оптической оси с окуляром. Между линзой основного объектива и линзой окуляра под углом располагается полупрозрачное зеркало, направляющее световой поток дополнительного объектива на окуляр видоискателя. За дополнительным объективом располагается подвижное отклоняющее зеркало, которое направляет сфокусированный дополнительным объективом световой поток на полупрозрачное зеркало. Поворотное зеркало соединено специальным поводком с фокусировочной оправой основного объектива фотоаппарата. При вращении фокусировочной оправы зеркало смещается, смещая и изображение на полупрозрачном зеркале дальномера. Момент слияния двух изображений, полученных от основного и дополнительного объективов, и соответствует правильной фокусировке объектива фотоаппарата на снимаемом объекте.

Активный автофокус устроен иначе (хотя, повторяю, работает подобно оптическому дальномеру). Вместо основного объектива и окуляра в фотокамере установлен инфракрасный прожектор, освещающий снимаемый объект невидимыми человеческим глазом световыми лучами инфракрасного спектра. В качестве источника света используется инфракрасный светодиод.

Приемная часть механизма активной автофокусировки - это объектив и светоприемник, в качестве которого применяется фотодиод. Приемная часть и излучатель расположены на лицевой части корпуса камеры на некотором расстоянии друг от друга. При наводке на резкость отраженный объектом луч света фокусируется на светоприемнике. Светоприемник снабжен моторным приводом и соединен механически с фокусировочным кольцом объектива фотоаппарата. Смещение светоприемника происходит до тех пор, пока сила индуцируемого светоприемником тока не достигнет максимума. Этот момент совпадает с правильной фокусировкой объектива камеры на снимаемом объекте.

Механизм инфракрасной фокусировки может иметь и иную конструкцию - с неподвижным светоприемником. В этом случае смещается линза объектива приемной части дальномера, а светочувствительный элемент представляет собой линейку фотодиодов. При фокусировке светового потока на определенном элементе линейки, электроника фотоаппарата определяет расстояние до объекта и правильное положение фокусировочной оправы (или линзы) объектива.

Активный автофокус часто объединяется с устройством автоматической установки экспозиционных параметров - выдержки и диафрагмы. Работает активный автофокус не пропорционально изменению расстояния (то есть плавно), а дискретно, по заранее установленным на заводе значениям - 1, 2, 3 метра и так далее. Поскольку в цифровые и компактные пленочные фотоаппараты встраиваются широкоугольные объективы с большой глубиной резкости, предустановленных ступеней фокусировки может быть немного. В наиболее совершенных цифровых камерах с активной фокусировкой число ступеней фокусировки достигает 255.

Недостатками активного автофокуса являются относительно высокое энергопотребление, склонность к ошибкам, если в кадре оказывается другой источник инфракрасного излучения (камин, костер, яркое солнце), и небольшая дальность действия - до 10 метров. Впрочем, для широкоугольной оптики большего и не требуется. А достоинства активного автофокуса – чрезвычайно простая конструкция и способность работать в условиях недостаточной освещенности (даже в полной темноте)...

И все же в современных цифровых фотоаппаратах среднего уровня больше распространен другой механизм фокусировки - пассивный. Его действие основано на том, что сфокусированное изображение имеет максимальную яркость, на которую и реагирует электронный датчик автофокуса.

Дальномер системы пассивной автофокусировки может иметь самую различную конструкцию. На лицевой панели компактных (не только, к слову, цифровых) камер можно разглядеть пару прозрачных окон, за которыми располагаются зеркала светоприемника автофокуса. Одно из окон снабжено неподвижным отклоняющим зеркалом, второе - подвижным, которое соединено механически (или электрически) с моторным приводом фокусировочной оправы основного объектива. Световые потоки от зеркал попадают на отклоняющую призму, направляющую отраженный свет на поверхность пары матриц светочувствительных элементов. Когда сила тока на выводах элементов матрицы, облученной световым потоком, отражённым от неподвижного зеркала, совпадет с силой тока элементов матрицы, облученной световым потоком, отражённым от подвижного зеркала, электроника фотоаппарата придет к выводу, что фокус наведен.

По-другому устроена пассивная фокусировка зеркальных камер. Пара матричных светоприемников, состоящих из множества элементов, установлена на обращающей пентапризме фотоаппарата. Каждая из матриц снабжена индивидуальной линзой, фокусирующей на поверхности светочувствительных элементов часть светового потока основного объектива. Электрические сигналы, индуцируемые элементами матриц фокусировки, анализируются электронной схемой сравнения. При максимальной яркости изображения, сфокусированного основным объективом (с моторным приводом фокусировочной оправы), элементы матриц индуцируют ток максимальной силы. Схема сравнения дает сигнал компьютеру камеры, что фокус наведен.

Конструкций механизмов пассивной фокусировки великое множество. Есть системы с многозонным замером, когда датчики особым образом сгруппированы на поверхности пентапризмы; есть системы с точечным замером, когда пара датчиков установлена в определенной точке призмы, соответствующей центральной части кадра; есть системы, в которых светоприемники располагаются в фокальной области объектива - рядом с затвором. Наконец, в качестве датчика механизма автофокусировки цифровых фотоаппаратов может использоваться светочувствительный сенсор камеры.

Системы пассивной автофокусировки, в которой датчики расположены за основным объективом фотоаппарата (TTL), работают наиболее точно. Именно таким автофокусом снабжено большинство популярных моделей любительских цифровых камер.

Впрочем, у пассивной автофокусировки есть и серьезные недостатки. Пассивная фокусировка плохо работает в условиях недостаточной освещенности. В некоторых камерах (среди пленочных - в зеркальных фотоаппаратах Pentax и Minolta, среди цифровых – в Canon EOS 350D и EOS400D) в качестве вспомогательного источника света при автоматической фокусировке в темноте используется встроенная вспышка. При недостатке света встроенный в камеру осветитель дает серию коротких предвспышек, освещающих объект съемки. В других камерах (среди пленочных – в камерах от Nikon и Canon, среди цифровых «зеркалок» - в Nikon D50, D70 и Canon EOS 300D) для подсветки автофокуса используется лампа-прожектор, которая включается при половинном нажатии кнопки спуска

Другой недостаток пассивного автофокуса - неуверенное срабатывание при съемке близкорасположенных контрастных объектов. Пример - съемка зверей в зоопарке, когда объектив фокусируется на решетке клетки и оставляет объект съемки вне фокуса. Бороться с этим эффектом приходится при помощи механизма блокировки установленного значения фокуса, наводя на резкость по объекту, расположенному примерно на таком же расстоянии. Для этого следует оценить расстояние до снимаемого объекта (в данном случае - до животного) на глаз, отыскать предмет, находящийся примерно на том же расстоянии, навести на него объектив и наполовину нажать спусковую кнопку. Фотоаппарат сфокусирует объектив и запомнит параметры автофокусировки (равно как и параметры экспозиции - значение выдержки и диафрагмы, об этом тоже не следует забывать). Затем, не отпуская спусковую кнопку, объектив переводят на снимаемый объект, кадрируют изображение и производят съемку. Так же следует поступать и при съемке через залитое дождем стекло окна. И при съемке фигуры, частично скрытой редкими кустами. И при фотографировании лица человека в толпе, если требуется сфокусировать объектив именно на этом лице…

Труднопреодолимым недостатком любых механизмов автоматической фокусировки, а точнее, самих цифровых фотоаппаратов с высокой степенью автоматизации, можно считать отсутствие ручной фокусировки.


Т.е. можно рассматривать объектив как систему пинхолов: каждая точка главной плоскости объектива работает, как стеноп камеры-обскуры, создавая собственное полнокадровое изображение. Это изображение отклоняется своей частью линзы так, чтобы все изображения сливались в одно.

Т.е. нет двух независимых способов получения изображения — линзой и стенопом. Это один способ, просто камера с линзой — это усовершенствованная камера-обскура.

Не углубляясь слишком в теорию объективостроения, можно считать, что главная плоскость обычного объектива примерно совпадает с той плоскостью, где находится диафрагма.

Работать такая система может только в одном-единственном взаимном положении диафрагмы, линзы и плоскости изображений, чуть сдвинь что-то одно — и элементарные изображения разойдутся, и вместо четкой яркой картинки мы увидим туманное пятно, состоящее, как мы теперь понимаем, из множества элементарных изображений.

Такая схема работы объектива может показаться умозрительной, но она работает. Это даже можно практически проверить — если мы вместо диафрагмы вставим в объектив пластину с двумя маленькими отверстиями, то такой объектив будет давать две неярких, но четких картинки. Если же добиться совпадения двух картинок, вращая кольцо наводки объектива, а затем убрать пластину — то мы увидим четкое, наведенное на резкость изображение. Самому проверить этот эффект на практике трудно, но если у вас есть объектив, построенный по схеме телеобъектива — то можно. У таких объективов главная плоскость вынесена вперед, и пластинку с двумя дырочками можно прикладывать спереди к передней линзе (Фото 1).

Используя этот принцип, астрофотографы добиваются точной наводки на резкость. Ведь отличить на глаз резкое и нерезкое изображения точечного объекта (а звезда в телескоп — всегда точка, поперечника она не имеет) почти невозможно, зато можно увидеть двоение точечных объектов. Поэтому на объектив надевается маска с двумя отверстиями по бокам — и в несфокусированном положении астроном видит двойное изображение звезды. Фокусировка производится, пока оба изображения не сольются в одно, и после этого маска снимается и производится экспозиция.

Так вот принцип автофокусировки зеркальных камер базируется на изложенной выше модели работы объектива. Автофокусировка зеркальных камер работает с двумя резкими изображениями, каждое из которых формируется своей точкой главной плоскости объектива, которые расположены в краевых областях объектива. Контролируется совпадение/несовпадение двух изображений. Это принципиальное отличие фазодетекторного метода! Глаз, как, кстати, и компактная камера, наводит на резкость, ориентируясь на контраст изображения. Ручную фокусировку мы производим, контролируя резкость/нерезкость, а автофокус работает с элементарными резкими изображениями, полученными разными частями объектива!

Очень важно, что нерезкость всего кадра получает численное измерение. Насколько разошлись два резких элементарных изображения, построенных разными точками, можно померить хоть линейкой, в то время как о степени нерезкости можно говорить только качественно. А отталкиваясь от величины рассогласования двух изображений — можно оценить, насколько надо подвинуть оптический блок объектива, чтобы эти изображения сошлись в одно. И процессор камеры именно это и делает.

С точки зрения системы автофокусировки объектив — это окно в мир, что-то вроде иллюминатора на корабле. Датчики автофокуса воспринимают картинку не со всего объектива, а только ту часть, которая поступает из всего двух точек главной плоскости объектива. И сенсоры (датчики) «смотрят» на них, один вправо, другой влево, под определенным углом к оси. Можно даже приблизительно оценить этот угол — поскольку предельное значение относительного отверстия, при котором работает автофокус, определено — оно равно 1/5,6 (относительное отверстие — это отношение диаметра светового люка объектива к его фокусному расстоянию). Опуская расчеты, можно сказать, что приблизительно угол к оптической оси, под которым смотрят сенсоры, равен 5 град.

Эти точки можно найти, так сказать, на ощупь. Многие знают, что близко расположенные к передней линзе предметы не видны в видоискатель — можете попробовать, скажем, со спичкой или пальцем, но лучше на телеобъективе. Когда приближаешь их к передней линзе, они расплываются до полной невидимости и не мешают фокусировке «глазом». Но тот же самый палец, прикрывший совсем небольшую область передней линзы (напомню, для таких экспериментов лучше несильный телеобъектив), выводит из строя систему автофокусировки, потому что перекрывает поле зрения одного из датчиков (Фото 2).

А как же можно видеть картинки, формируемые только двумя точками главной плоскости объектива, а не всем объективом? Об одном способе — вставить пластинку с отверстием — мы говорили. Есть и еще одно приспособление, в терминологии компании Nikon оно именуется «мушиный глаз». Устройство аналогично по принципу фасеточному глазу насекомых, который представляет собой пакет тонких трубочек, на дне которых расположены сенсоры.

Каждый элемент «мушиного глаза» системы автофокусировки направлен на одну точку на главной плоскости объектива. Трубочек там нет, просто каждая ячейка сенсора (их довольно много, но существенно меньше, чем в матрицах цифровых камер) «смотрит» на определенную зону объектива, у его края, через маленькое отверстие. Все ячейки одного сенсора (как правило, ячейки выстроены в линейку) воспринимают изображение, исходящее из одной точки главной плоскости объектива. И это изображение, как мы знаем, всегда резкое.

Рядом с каждой ячейкой расположена вторая, парная. Она «смотрит» через то же отверстие, но на другую точку объектива, с другой стороны. Эти вторые ячейки образуют вторую линейку (Рис. 6).

Сама пластина с отверстиями «мушиного глаза» находится в фокальной плоскости, на таком же удалении от объектива, как и матрица или пленка. Когда изображение сфокусировано, на эту пластину проецируется резкое изображение, но важно не это — важно, что при этом линейки сенсоров под пластиной видят два одинаковых изображения. На каждую из ячеек попадает один и тот же элемент этого изображения. Если же изображение расфокусировано, то оба элементарных изображения, видимых сенсорами, сдвинуты относительно друг друга (кстати, по тому же принципу работают оптические клинья, которые использовались для наводки на резкость в некоторых неавтофокусных аппаратах. Они также были чувствительны к максимальному относительному отверстию объектива).

Такова схема, в последние годы она модифицирована, но суть остается прежней: система автофокусировки «видит» два резких изображения; по степени их расхождения она оценивает степень расфокусировки. Управляющий сигнал на привод фокусировки объектива определяется величиной рассогласования двух изображений.

Тут скрыты корни первой распространенной ошибки при работе с автофокусом. Если картинка на сенсорах не имеет четких деталей, то схема сравнения не сможет определить, насколько картинки смещены друг относительно друга. Но эту-то ситуацию легко понять и не пытаться сфокусироваться по чистому небу или снеговой поверхности. Несколько сложнее выявить причину явных промахов по мишени с четким рисунком, которые тоже бывают. Особенно часто это случается с решетками, штакетником, вентиляционными прорезями в мониторе и другими регулярными структурами. А причина проста — сами попробуйте найти, куда приложить небольшой фрагмент такой структуры, вырезанный из снимка — ведь для сенсоров все штакетины одинаковые, разрешающая способность у них не такова, чтобы разглядеть индивидуальные детали, и они все резкие! И насколько разошлись изображения двух решеток, и даже в какую сторону — система не определит.

Это ошибка, причем больше ошибка оператора. Но есть еще и неточности самой системы.

Итак, можно очень точно рассчитать управляющее воздействие по известным условиям. К ним относятся — фокусное расстояние, максимальная диафрагма, текущее положение объектива (кольца фокусировки) и другие константы и переменные, определяющие, насколько нужно подвинуть оптический блок, чтобы обеспечить фокусировку. Поскольку в приводе автофокусировки обычно стоят шаговые электродвигатели, управляющий сигнал состоит из какого-то количества управляющих импульсов, и в результате оптический блок перемещается вперед или назад на нужное расстояние. На половину шага, заметьте, блок переместиться не может, т.е. точность наводки ограничивается еще и этим.

После отработки управляющего воздействия можно считать, что объектив наведен на резкость. Разумеется, все это будет работать, если камера отъюстирована, если плоскость фокусировки на сенсоре находится на том же расстоянии от объектива, что и матрица. Блок автофокусировки современных камер находится под основным зеркалом, на дне камеры. У основного зеркала есть полупрозрачные зоны, и свет проходит через них, отражается от вспомогательного зеркала и падает вниз, к блоку автофокусировки. Источников ошибок может быть много — это и неправильное положение самого сенсора или матрицы, и угол установки основного зеркала и вспомогательного. Но эти неточности дадут систематическую ошибку, которая будет проявляться со всеми объективами.

Но и в нормальных условиях следует четко представлять себе, что точность конечна. И измерение расхождения двух изображений несколько приблизительно, и все данные также учитываются с некоторой неточностью. В результате почти при каждой фокусировке на неподвижный предмет объектив, скорее всего, установится в другое положение. Правда, все эти положения будут находиться внутри зоны глубины резкости, рассчитанной для диафрагмы 5,6. «Цифровое» понятие «глубины резкости» пользуется критерием, примерно соответствующим критериям пленочной малоформатной фотографии — 0,025-0,033 мм. При этом с современных матриц можно получить отпечаток примерно 18х24 см и рассматривать его надо с расстояния более 25 см. При глубине резкости для диафрагмы 5,6 этого может быть достаточно, а вот светосильные объективы могут и выявить погрешность. Т.е., установив на камеру объектив с рекордной светосилой, мы, скорее всего, увидим, что автофокус не попадает в зону лучшей резкости! Не хватит, так сказать, базы у нашего дальномера.

Вот поэтому у некоторых камер высокого класса (у Canon — начиная с 20D) есть дополнительная пара сенсоров, подключаемая при подсоединении светосильных объективов. Эти сенсоры повернуты на больший угол, около 10 град., и измеряют рассогласование точнее. Естественно, с малосветосильными объективами эти сенсоры не используются, их «взгляд» упирается в оправу, а не в стекло.

И в критичных ситуациях, когда оптика чувствительна к точности наводки (макросъемка, длиннофокусные объективы), качество автофокусировки может не удовлетворять. Используя немного рискованную аналогию: на полет снайперской пули оказывает влияние много факторов — температура, влажность воздуха, боковой ветер. При ближней стрельбе это не важно, но дальний выстрел иногда получается чуть-чуть мимо цели. То же самое происходит с наводкой на резкость. И механические передачи, и оптические схемы не совсем единообразны, и их параметры «гуляют» от экземпляра к экземпляру. При одинаковом повороте управляющего мотора автофокусировки два объектива могут переместиться немного на разную величину. Один попадет в фокус, а второй немного не дойдет. Но при отсутствии обратной связи (корректировки) автоматика будет считать, что фокусировка произведена. Поэтому АФ может «пикнуть», а абсолютной резкости-то нет! Фокус может оказаться и за целью, и перед ней.

Нам кажется естественным, что снайпер должен проверить результат и в случае промаха выстрелить вторично, или, возвращаясь к фотокамере, — проверить полученную резкость после первого цикла управления, и если нерезкость выявилась, то «подрегулировать». Но дело-то в том, что «второй выстрел» не всегда возможен — и для снайпера, и для фотокамеры.

Подход с корректировкой более точный, но он более долгий: вместо одного цикла фокусировки производится, по крайней мере, два, а лучше больше. А каждый лишний такт будет удваивать и утраивать время реакции камеры, а ведь это паспортная характеристика.

Так какой метод используют производители? Некоторые авторы считают, что в обычном режиме автофокуса S — «Single» (или в других камерах «One Shot» и т.п.) — всеми производителями камер используется стратегия «выстрелил и забыл». И есть основания считать, что это мнение верно — поскольку иначе трудно объяснить, почему некоторые комбинации камера-объектив дают явный промах, сигнализируя при этом о достижении фокуса.

Этот подход — без проверки результата и корректировки («без обратной связи») — быстрый, но беда в том, что точность может быть невысока.

Скорее всего, именно в этом и находится причина «индивидуального подхода» камер к объективам. Объективы могут не совсем правильно сообщать
камерам о своих характеристиках (более вероятно это для объективов от независимых производителей). Кинематика может и менять свои характеристики — в механических передачах образуются люфты и проскальзывания. И такие объективы будут «мазать». Чувствительно или нет — это уже будет зависеть от того, на каких диафрагмах вы снимаете, и от состояния объектива.

Возможно, режим с контролем и корректировкой применяется в режимах съемки движущихся объектов C — «Continuous» («AI-Servo»), — но и там при съемке серий наводка происходит явно в упрежденную, рассчитанную точку.

Современный автофокус далеко ушел от первых схем, использованных десять лет назад. Чтобы не бояться решеток, применяются крестообразные датчики, которые смотрят не только вправо-влево, но и вверх-вниз; чувствительность и разрешение датчиков выросли. Сильно усложнились алгоритмы — например, если с первого раза не удается определить рассогласование между линейками, объектив перемещается вперед и назад, пытаясь поймать такую картинку, которую «увидят» обе линейки сенсора.

Но принцип остается, остаются и его ограничения (еще раз напомним — речь идет о фазодетекторном методе автофокусировки, применяемом в зеркальных камерах. В компактах и в режиме Live View применяется другой метод).

Этим объясняется совершенно парадоксальная вещь — производители, можно сказать, расписываются в своем бессилии добиться полной унификации парка камер и объективов. Если внимательно изучить спецификации новых топовых зеркальных камер, то можно обнаружить в них не совсем понятную опцию — возможность создать базу данных для используемых объективов, до 10-20 штук. Наполнением этой базы как раз и являются конкретные «характеристики» конкретных объективов, которые и позволят выдавать для них более точные управляющие сигналы, куда и насколько дополнительно надо «подвинуть» этот объектив для получения лучшей резкости. Подогнать ваш объектив к камере могут в сервис-центре, но это возможно не со всеми парами «объектив-камера». У недорогих камер такой возможности нет. Изучите свою технику.
